江洪 王春晓

材料研究对我国的国民经济发展、国防建设、社会建设等国家发展的各个方面都有重要意义。“十三五”时期，我国出台了很多政策和规划来促进材料领域的科技创新，如科技部印发的《“十三五”材料领域科技创新专项规划》[1]分析了材料领域的整体发展形式和未来的发展态势，以及我国的材料发展需求，并从战略层次上对材料的发展做出了规划。2015—2020年期间，我国在材料领域的研发、生产、应用上取得了骄傲的成绩，出现了很多创新成果，本文主要从生物医用材料、半导体材料、纳米材料、矿物材料、等方面介绍了材料领域的创新成果和未来发展展望。未来，我国将在更多材料领域有作为。

1 生物医用材料

生物医用材料是一种能够与生命系统发生相互作用的一类天然或者人工制作的材料，如人造骨骼、人工晶状体、心脏起搏器等。石家庄亿生堂医用品有限公司研发出微孔多聚糖止血粉，是一种止血效果很好的止血材料。这一研发成果打破了美国公司的市场垄断地位，并且有效降低成本[2]。南通大学戴家木团队研究出一种阿霉素负载多孔纳米碳纤维的药物释放系统，该团队利用纺织物材料作为药物的载体，进行光热和化学协同治疗，这种做法对提高肿瘤治疗的效果具有重要意义。上海交通大学医学院研究出一种蛋壳来源的新型骨修复材料，这种材料的特点是仿生、环保、骨诱导，为更多与骨组织工程支架材料的研发提供了思路[3]。中国科学院上海高等研究院李久盛团队通过将功能性薄膜固定在材料的表面的方式，制备出一种抗肿瘤/骨修复协同一体化的功能材料，该材料可与其他材料复合形成支架材料，对于骨修复和抗肿瘤的一体化治疗具有重要意义[4]。袁清献等人提取II型胶原蛋白和再生丝素蛋白，并以7∶3的质量比均匀混合，结合冷冻干燥和3D生物打印技术构建了以这2种材料为原料的软骨支架材料，其性能能达到较好的医用需求，该研究为今后的临床应用研究提供基础[5]。

2 半导体材料

半导体材料是一类具有半导体性能，并可以用来制作半导体器件和集成电路的电子材料，具有结构稳定、电学特性卓越等特点。苏州纳维科技有限公司研制出1～6英寸的半导体氮化镓单晶材料，该材料具有高导电率和较好的半绝缘率[6]。上海有机所李洪祥团队首次合成了呋喃—噻吩醌式n—型有机半导体分子，这种化合物显示出较好的电子迁移率，该团队设计合成出系列双噻吩酰亚胺聚合物，有望应用于有机太阳能电池和有机晶体管等领域[7]。北京大学化学与分子工程学院彭海琳发现了一类具有超高电子迁移率、环境稳定、合适带隙和可批量制备等特点的全新二维半导体硒氧化铋，该材料在构筑低功耗和超高速电子器件方面具有独特优势，有望给微电子器件领域带来新的变革。中国科学院上海微系统与信息技术研究所丁古巧团队发现了一种新型碳基二维半导体材料，该材料由碳和氮原子构成，是一种新型间接带隙半导体，该项发现为探索基于该材料的新器件和新物理打下了基础[8]。郑婉华等人通过将光子晶体结构引入现有的半导体激光器器件结构和外延材料中，攻克了半导体光子晶体激光器的结构设计、理论模拟方法、工艺制备、外延材料生长和封装测试等一系列关键技术，实现了光子模场与电子能带的联合调控，输出光束的模式和方向得到了极大的改善，可直接使用，从而使光学系统大为简化[9]。李京波等人针对宽禁带半导体材料、半导体纳米器件和二维半导体材料能带结构特点，研究了几种重要的半导体材料与器件的掺杂机理，发展出了基于第一性原理大元胞的并行计算方法应用于半导体掺杂系统，为新型二维半导体材料的输运性质和掺杂机制的研究及器件应用提供了重要思路[9]。

3 纳米材料

纳米材料是一种在微观结构上至少有一维处于纳米尺寸或由它们作为基本单元构成的材料。哈尔滨工业大学于淼团队对石墨烯功能化问题的研究取得了进展，该团队实现了石墨烯光致精准功能化，为解决石墨烯基二维材料在光电器件和电子器件应用方面的突出难题提供了解决思路。中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室在高迁移率的石墨烯单晶晶圆研究方面取得进展[10]，研究人员制备出高迁移率的单晶石墨烯晶圆，这种材料展现出超高的载流子迁移率，有望未来对石墨烯纳米电子器件的研发和制备提供材料支撑。南开大学陈军团队提出“氧化沉淀—嵌入晶化”“还原—转晶”等新的合成方法，制备出的尖晶石纳米材料，为高效廉价非铂电催化材料的设计和可充金属空气电池的研发和制备提供了新的思路[11]。北京航空航天大学刘明杰团队发展出了一种高性能层状纳米复合材料的普适性的连续可扩展的制备方法，该团队提出利用剪切流诱导的二维纳米片排列，在不混溶的水凝胶/油界面处生产具有高度有序层状结构的纳米复合材料的方法策略，并制备出性能较好的粘土纳米片和氧化石墨烯的纳米复合材料，该研究对于高性能层状复合材料的规模化生产和利用提供了全新思路，有利于推动纳米复合材料和二维材料的实用化进程[12]。

4 矿物材料

矿物材料研究对于提高矿产资源的利用效率，促进矿产资源的绿色可持续利用以及生态环境保护都具有重要意义。我国“十三五”期间在矿物材料研究领域取得了很多优秀的创新成果，如在环境矿物材料、能源矿物材料、医用矿物材料、农业矿物材料等领域都取得了不错的成果。在用于环境治理的环境矿物材料上，2016年郑荧辉通过大田试验进行研究发现，改性的纳米沸石和普通的纳米沸石都能对土壤内有效镉含量起到降低作用，并且随着沸石施用量的增加，降低作用更明显[13]；张萍等人[14]开展了酸化影响坡缕石吸附有机污染物苯的效果的研究；王珊等人将伊利石作为载体，将葡萄浆作为碳源，成功制备出纳米碳/伊利石复合材料，对溶液中亚甲基蓝具有极好的吸附效果[15]；高如琴将硅藻土等材料作为主要原料制备了由电气石修饰的硅藻土基内墙材料，该材料能够很好的去除甲醛，提高装修的环保效果[16]。在能源矿物材料上，吕静静等人以乙酸锰和氢氧化锂为制备原料，以柠檬酸为络合剂，制备出尖晶石型球形形貌的锰酸锂（LiMn2O4）正极材料，具有良好的电化学性能[17]。赵英良等人以偏高岭土为主要原料，以水玻璃为碱激发剂，以双氧水为发泡剂，并通过聚合反应制备出一种外墙保温材料，其性能指标可较好的满足建筑外墙保温的要求[18]。在医用矿物材料上，矿物药在中国已经有几千年的历史，矿物药有着广泛利用。例如在止血材料领域，高岭石得到了广泛利用，高嶺石可以用来制备各种止血材料，如高岭土战伤纱布、高岭土止血垫等。舒展等人对于硅酸盐黏土矿物在抗菌抑菌领域的应用进行了深入研究，探究了硅酸盐黏土矿物的抗菌机理[19]。在农业矿物材料上，湖州师范生命科学学院郑卫红等人利用尿素分别与凹凸棒土、膨润土、硅藻土这3种非金属矿物复合，再以乙基纤维素外包膜制备出一种新型尿素包膜缓释肥料[20]；郝丽等人通过将多元羧酸的超分子与长链氨基-酰胺层层自组装，构建了一种两亲性刺激响应水凝胶，有利于农药智能缓释效果的实现[21]。

5 其他材料

高性能医疗器械材料领域，如2017年浙江欧仁新材料有限公司研发出了应用于穿戴式设备和人工智能领域的功能性薄膜材料，这种材料有望更广泛的应用与各种穿戴式设备、健康、人工智能、医疗、机器人等方面[22]。中物力拓材料有限公司研发高端金属粉末材料，并将其应用于医疗行业的3D打印技术中，既提高了医疗器械的性能，也迎合金属注射成型材料的市场需求。

碳纤维复合材料，如江苏澳盛科技复合材料科技有限公司关于碳纤维符合材料有2项创新成果，成果《超薄轻量低翘曲碳纤维复合片材》有利于提高碳纤维符合片材的生产效率，有利于满足大批量的生产同时减少良率下降的问题，另一个成果《基于高效率工艺的风电用碳纤维复合材料拉挤板材》则对于碳纤维拉挤板材在现场粘结使用时表面处理问题的解决有明显效果，简化了使用方的操作，并可以降低成本[23]。

导体材料，中科院物理研究所突破麦克米兰极限温度确定铁基超导体成为新一类高温超导体，确定了这种导体的主要非常规特性，该合成系列被认为是第二个高温超导体家族，这项研究在国际上掀起了铁基超导研究热潮，为进一步的高温超导体机理研究提供了思路，也为寻找更适合应用的超导体做出贡献。

6 未来发展展望

未来，我国材料发展的一个重要趋势是绿色、环保、低碳。我国要改变过去高耗能、难以循环、排放量大的传统材料发展模式，要走生态文明和提质增效的发展道路。

生物医用材料逐渐成为世界经济的一个支柱产业，尽管生物医用材料已经在不断取得新的突破，但是与理想的生物医用材料还有相当的距离。我国近八成的生物医用材料仍然依赖进口，与国外相比仍然存在竞争力不足、产业规模小等问题[24]。我国生物医用材料领域面领巨大的挑战，应当加快制定生物医用材料行业的发展规划，确定发展方向，紧紧把握生物医用材料的国际发展新动向，完善产学研机制建设，逐渐实现国有产品替代进口产品，提高整体生物医用材料行业的水平。

半导体材料广泛应用于我们的生活中，目前快速发展的是第3代半导体材料，如碳化硅、氧化镓、氮化镓、氧化铝等。未来半导体材料将在新能源领域、高速轨道交通、消费类电子、智能电网、5G通信等领域有广泛的应用前景。我国半导体材料对国外进口产品的依赖性较强，未来我国半导体产业发展思路是成上下游体系协同发展格局，要构筑自己的半导体材料体系，积极探索创新，实现可持续发展。

我国在纳米材料领域同美国、日本等发达国家相比仍有较大差距。未来纳米材料将与其他行业相结合，例如与能源环保产业相融合，应用纳米技术节能减排；与生物医药行业相结合，运用纳米技术促进药物的研发并充分发挥药物的作用；与环境行业相融合，使用纳米技术有效缓解环境污染和净化水质，促进生态建设等。我国应当将纳米材料应用于更广泛的生产中，提高我国纳米材料的研发和生产的竞争力。

未来矿物材料的重要发展方向主要是在隔热防火的矿物复合材料、新能源矿物材料、医药用的矿物材料、用于环境治理污染防治的矿物材料、用于农业领域的矿物材料等几个领域，我国矿物材料研究仍然存在基础研究薄弱、缺乏理论研究、推广应用不足等问题。在未来中国社会发展的关键时期，矿物材料的研究要与社会发展的需要紧密结合，要将研究成果与实际应用结合起来，共同满足实现国家重大战略目标的需求。

未來10年，石墨烯、人工晶体、碳纤维、柔性玻璃、超导材料、3D打印材料、磁流体材料、碳纳米管等新材料将具有很好的发展前景。材料行业将与更多快速发展的领域相结合，更多新材料将会有创新创业的空间。

10.19599/j.issn.1008-892x.2020.06.003

参考文献

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